登陆台风风场三维高分辨率结构模拟与分析研究

该申请项目将针对揭示影响工程灾变的登陆台风风场特征进行研究。项目首先进行台风外场观测试验获取登陆台风边界层特征资料，特别是各高度的风场分布特征，在此基础上通过高分辨率的气象数值模式，重建水平分辨率不大于1000米，垂直分辨率不大于50米（边界层内）的台风三维风场资料。在以上观测和重建资料的基础上，建立和完善台风风场的随机数值模型，并建立确定台风频袭地区的工程结构台风气候设计基本风速的方法；采用所建立的台风风场随机数值模型和方法，对上海和浙江沿海部分代表性地区的工程结构台风气候设计风速进行数值模拟和统计分析，为今后全面确定我国沿海不同地区台风气候工程结构设计风速打下基础。研究成果将对促进台风结构的数值模拟方法的发展、风工程研究和结构抗风设计具有重要的理论意义和很高的实际应用价值，对重大工程的建设具有重要的指导意义。

该项目采用探空仪、超声风速仪、风廓线仪以及地面气象仪等观测手段，获得了多个台风的地面风速、气压、风剖面数据资料。使用观测资料分析了台风风场的水平和垂直剖面特征，为进一步开展台风风场模拟和结构特征研究提供了一手资料。.提出了台风涡旋循环初始化技术，优化了台风模拟技术，针对多个台风案例，实现了水平分辨率1公里，边界层内垂直分辨率小于50米的高分辨率高精度数值模拟，获得了与实际观测较吻合的台风三维风场资料，并在台风风场特征参数分析中得到应用。.基于高分辨率三维风场数值模拟资料，提出了适合我国登陆台风的最大风速半径（ Rm）经验公式。基于近地面实测气压数据资料，获得登陆台风不同方向的径向风压分布不同，即台风不同方向的风压分布系数不同，且不同方向上风压分布系数β的值服从正太分布，台风在登陆前或后，台风风压分布系数β的值随台风强度的减弱而迅速减小，改进了台风气候工程设计风速随机数值模拟方法，为缺少台风风速实测数据地区的工程设计风速计算提供了一个可行的手段。.根据“卡努”、“韦帕”、 “罗莎”、“莫拉克”4个台风的大量近地近地观测站点实测气压数据，结合Holland台风风压场模型，拟合的得到台风风压分布系数β的值与台风中心压差∆P、最大风速半径R_max的函数关系式，并与国外学者提出的风压分布系数β的计算方法进行对比，由本研究提出的风压分布系数β值计算方法获得台风.径向风压分布曲线与实测气压数据拟合曲线吻合较好。.基于台风风压分布系数β的值与台风中心压差∆P、最大风速半径R_max的函数关系式，优化了台风设计风速计算随机模型，运用Monte Carlo 随机模拟方法建立了确定用于工程结构设计的台风基本风速计算方案。.基于上海崇明岛气象站提供的实测风速资料，采用阶段极值理论和阈值法，对台风与良态混合气候、良态气候和台风气候三种气候条件下的不同重现期内的极值风速进行估算和对比，获得台风与良态混合气候条件下的不同重现期内的极值风速比良态气候条件下的极值风速稍大，而台风气候条件下不同重现期内的极值风速比台风与良态混合气候和良态气候条件下的极值风速都大，且大很多。100年以上重现期内的极值风速，台风气候条件下的极值风速将近是良态气候条件下的极值风速的1.5倍，是台风与良态混合气候条件下的极值风速的1.4倍。